СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОГРЕБЕННЫХ ПОД ОБШИРНЫМИ ЗАВАЛАМИ ЛЮДЕЙ Российский патент 2010 года по МПК G01S13/06 

Изобретение относится к области поисково-спасательных работ и может быть использовано для дистанционного определения местоположения погибших, или находящихся в беспомощном состоянии горнорабочих, спелеологов, или альпинистов, застигнутых, например, обрушением мощных пластов породы, вследствие аварии (взрыва метана или угольной пыли, выброса угля), землетрясений, снежных лавин и т.д.

Известен способ обнаружения засыпанных биообъектов или их останков, основанный на способности биообъектов или их останков интенсивно искажать фазовые характеристики фонового электромагнитного поля Земли в диапазоне сверхдлинных волн на определенных частотах. При реализации данного способа устройством при прохождении антенны над засыпанным биообъектом на выходе усилителя постоянного тока появится разностный сигнал, превышающий балансировочное напряжение (патент РФ №2116099 от 10.06.1995).

Недостатком способа является его применимость лишь над однородной земной поверхностью и при отсутствии инородных тел (металлических предметов, например), искажающих характеристики фонового электромагнитного поля, а также непосредственно над небольшим участком земной поверхности, что существенно увеличивает время поиска терпящих бедствие.

Известен способ определения местоположения засыпанных живых существ, попавших в завал, заключающийся в том, что параллельно засыпанному участку в направлении поиска перемещают антенну, облучая поверхность земли пучками электромагнитной энергии. Принимают сигнал, отраженный от живого существа, производят его фазочастотный анализ (ЕР, заявка №0075199, 1983).

Недостатком способа является его применимость лишь на небольших глубинах и при отсутствии неоднородностей внутри завала и непосредственно над участком земной поверхности.

Известен способ определения местонахождения засыпанных снежной лавиной альпинистов, заключающийся в предварительном размещении в одежде альпиниста малогабаритного ненаправленного радиопередатчика, работающего в режиме передачи сигналов радиомаяка с возможностью получения радиопеленга сигналов маяка с помощью нескольких ненаправленных приемников в случае попадания альпиниста в снежную лавину (Винокуров В.К. Безопасность в альпинизме. - М.: Физкультура и спорт, 1983, стр.136-137).

Недостатком способа является низкая эффективность поиска терпящих бедствие, так как, работая в режиме непрерывного излучения коротких импульсов, приемопередатчик активно расходует энергию автономных источников питания, что существенно сокращает время проведения поисков. Кроме того, ненаправленность излучения и приема делает задачу пеленгования источника излучения по громкости сигнала в длительную процедуру, что существенно снижает шансы погребенных под завалом людей. Наконец, в случае обширного завала и массового погребения под ним большого количества людей, одинаковая частота излучения всех приемопередатчиков оказывает мешающее взаимное влияние сигналов друг на друга при их приеме, что делает невозможным поиск погребенных людей.

Известно устройство для обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, содержащее антенну и приемный блок, первый вход которого соединен с выходом антенны, а второй - с выходом блока питания (патент РФ №2116099 от 10.06.1995).

Недостатком устройства является необходимость тщательной настройки, невозможность обнаружения биообъектов на значительных расстояниях.

Известно устройство для обнаружения для определения местонахождения живых существ, попавших в завал, первый вход которого соединен с выходом а антенны, а второй вход с выходом блока питания (ЕР, заявка №0075199, 1983).

Недостатком известного устройства являются низкие эксплуатационные показатели вследствие высокого энергопотребления по причине наличия передатчика большой мощности, а также невозможности дистанционного определения местоположения терпящих бедствие.

Известны устройства - портативные профессиональные радиостанции, например VX-160, фирмы Vertex диапазонов 136-174 МГц и 430-480 МГц, реализующие режим экстренного определения личности (например, находящихся под снежным завалом альпинистов) на основе излучения сигналов с заранее запрограммированным индивидуальным кодом радиостанции DTMF ANI. В этом режиме излучение индивидуального кода осуществляется в ручном и автоматическом режимах. В ручном режиме носитель радиостанции самостоятельно посылает сигнал экстренного определения личности терпящего бедствия, которая отождествляется с кодом DTMF ANI. В автоматическом режиме код посылается в соответствии с заранее установленной временной программой излучения, что существенно экономит ресурс автономных источников энергопитания (портативная радиостанция Vertex VX-160, сертификат соответствия POCC.JP.ME30.BO 0675).

Недостатком работы радиостанции является невозможность быстрого и точного определения местоположения терпящих бедствие под завалами людей, так как радиостанции имеют ненаправленное излучение, а кодированный сигнал обладает неудовлетворительными радиолокационными характеристиками. Кроме того, одновременное излучение нескольких радиостанций терпящих бедствие на одной частоте приема приводит к взаимному мешающему влиянию сигналов друг на друга при их приеме.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков, заключающийся в предварительном размещении на биообъекте, относящемся к группе риска, маломощного приемопередатчика, в качестве которого используют пассивный переотражающий ретранслятор, в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной и набором отражателей. Поверхность земли, под которой предположительно может находиться разыскиваемый биообъект, облучают направленным электромагнитным сигналом с помощью сканирующего блока. Приемопередатчик принимает зондирующий сигнал, преобразует его в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя и переизлучает в эфир. Переизлученный сигнал принимается сканирующим блоком, усиливается по амплитуде и декодируется с регистрацией выделенного модулирующего кода. Полученный код анализируют и определяют принадлежность засыпанного биообъекта.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство обнаружения местонахождения засыпанных объектов или их останков, содержащее приемопередатчик, связанный с антенной и размещенный на биообъекте, относящемся к группе риска, и сканирующий блок, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора, усилителя мощности, циркулятора, вход-выход которого связан с рупорной приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и компьютера, причем приемопередающий блок выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, содержащим две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг другом шинами, связанными с микрополосковой антенной.

Недостатками известного способа и устройства являются невозможность дистанционного определения местоположения терпящих бедствие людей под обширными завалами, а только лишь находящихся под небольшим земляным слоем, так как пассивный приемопередатчик переизлучает сигнал с ослаблением, а мощность завалов с сильными поглощающими и рассеивающими свойствами может составлять десятки-сотни метров. При этом известно, что чем ниже частота излучения радиосигналов, тем они дальше проникают вглубь поверхности земли, а частоты излучения прототипа 400-430 МГц слабо проникают под поверхность земли, что не позволяет вести дистанционное определение местоположения терпящих бедствие под завалом. Кроме того, с помощью прототипа невозможно осуществлять идентификацию близкорасположенных биообъектов, так как все приемопередатчики переизлучают сигналы на одной частоте, что приводит к взаимному мешающему влиянию сигналов друг на друга. Наконец, искусственная и не всегда одинаковая для сигналов различных частот задержка сигнала в пьезокристалле приемопередатчика не позволит, при желании, измерить истинную дальность до него.

Задачей изобретения является дистанционное точное и быстрое определение местоположения и идентификация погребенных под завалами людей.

Технический результат достигается тем, что в способе обнаружения находящихся под обширными завалами людей реализуется дальномерный (латерационный) способ определения местоположения из нескольких позиций на основе фазового метода дальнометрии, заключающийся в предварительном размещении на субъекте, относящемся к группе риска, приемопередатчика (приемопередающего блока) в виде активного двухчастотного ретранслятора (далее, ретранслятор), переизлучающего сигналы с некоторым дополнительным, присущим только данному ретранслятору, сдвигом частоты, ненаправленном излучении в районе завала с помощью сканирующего блока гармонического двухчастотного сигнала, приеме ретранслятором зондирующего двухчастотного сигнала, преобразовании частоты принятого сигнала в ретрансляторе на величину, присущую только данному ретранслятору, усилении и ненаправленном переизлучении сигнала ретранслятором, настройке сканирующего блока на прием переизлученного ретранслятором сигнала, измерении сдвига фаз между излученным и принятым двухчастотным сигналом, определении фазовым методом первого расстояния до первой линии положения (окружности), равной дальности между сканирующим блоком и ретранслятором, перемещении сканирующего блока на новую позицию и определении второго расстояния до второй линии положения (окружности), равной дальности между сканирующим блоком и ретранслятором, определении точки пересечения первой и второй линий положения и определении плоскостной координаты местоположения ретранслятора, а по величине дополнительного частотного сдвига - принадлежность ретранслятора конкретному субъекту.

Поставленная задача решается тем, что в устройство для обнаружения местоположения находящихся под обширными завалами людей, содержащее приемопередатчик, сканирующий блок, в составе последовательно соединенных первого задающего генератора, первого усилителя мощности, а также первого циркулятора и компьютера, введены: в качестве приемопередатчика активный двухчастотный ретранслятор, а в сканирующий блок последовательно соединенные второй задающий генератор и второй усилитель мощности, первый высокочастотный сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя мощности, а второй вход первого высокочастотного сумматора подключен к выходу второго усилителя мощности, выход первого высокочастотного сумматора подключен к первому плечу первого циркулятора, первая ненаправленная антенна, вход-выход которой подключен ко второму плечу первого циркулятора, двухканальный преселектор, вход которого подключен к третьему плечу первого циркулятора, четыре смесителя, причем первый вход первого смесителя подключен к выходу первого задающего генератора, первый вход второго смесителя подключен к выходу второго задающего генератора, первый вход третьего смесителя подключен к первому выходу двухканального преселектора, а первый вход четвертого смесителя подключен ко второму выходу двухканального преселектора, перестраиваемый генератор дополнительного частотного сдвига, первый выход которого подключен ко вторым входам первого и второго смесителей, а второй выход - первому входу компьютера, первый и второй полосовые фильтры, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго смесителей, выход первого полосового фильтра подключен ко второму входу третьего смесителя, выход второго полосового фильтра подключен ко второму входу четвертого смесителя, первый и второй усилители низкой частоты, причем вход первого усилителя низкой частоты подключен к выходу третьего смесителя, а вход второго усилителя низкой частоты подключен к выходу четвертого смесителя, фазометр, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя низкой частоты, а второй вход фазометра подключен к выходу второго усилителя низкой частоты, выход фазометра подключен ко второму входу компьютера. Причем двухканальный преселектор состоит из первого и второго избирательных усилителей высокой частоты, входы которых соединены и являются входом двухканального преселектора, выход первого усилителя высокой частоты является первым выходом преселектора, а выход второго усилителя высокой частоты является вторым выходом преселектора.

Активный двухчастотный ретранслятор содержит вторую ненаправленную антенну, второй циркулятор, малошумящий усилитель высокой частоты, третий, четвертый, пятый и шестой полосовые фильтры, пятый и шестой смесители, генератор дополнительного частотного сдвига, широкополосный усилитель мощности, второй высокочастотный сумматор, причем вход-выход второй ненаправленной антенны подключен к первому плечу второго циркулятора, второе плечо второго циркулятора подключено к входу малошумящего усилителя высокой частоты, выход которого подключен параллельно ко входам третьего и пятого полосовых фильтров, выход третьего полосового фильтра подключен к первому входу пятого смесителя, выход пятого смесителя подключен ко входу четвертого полосового фильтра, выход пятого полосового фильтра подключен к первому входу шестого смесителя, выход которого подключен ко входу шестого полосового фильтра, выход генератора дополнительного частотного сдвига параллельно подключен ко вторым входам пятого и шестого смесителей, выходы четвертого и шестого полосовых фильтров подключены соответственно к первому и второму входам второго высокочастотного сумматора, выход второго высокочастотного сумматора подключен ко входу широкополосного усилителя мощности, выход широкополосного усилителя мощности подключен к третьему плечу второго циркулятора.

Схема, поясняющая принцип реализации предлагаемого способа, приведена на фиг.1.

На фиг.2 представлена структурная схема сканирующего блока.

На фиг.3 представлена структурная схема активного двухчастотного ретранслятора.

На фиг.4 представлены спектрограммы и временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства обнаружения местоположения находящихся под завалами людей.

Сканирующий блок (фиг.2) содержит последовательно соединенные первый задающий генератор 4 и первый усилитель мощности 5, последовательно соединенные второй задающий генератор 4 и второй усилитель мощности 6, последовательно соединенные первый высокочастотный сумматор 7, первый циркулятор 8 и первую ненаправленную антенну 9, причем первый высокочастотный сумматор подключен к первому циркулятору через плечо 1, первая ненаправленная антенна подключена к первому циркулятору через второе плечо, выход первого усилителя мощности 5 подключен к первому входу первого высокочастотного сумматора 7, выход второго усилителя мощности 6 подключен ко второму входу первого высокочастотного сумматора 7, двухканальный преселектор 10, вход которого подключен к третьему плечу первого циркулятора 8, последовательно соединенные первый смеситель 11 и первый полосовой фильтр 12, последовательно соединенные второй смеситель 13 и второй полосовой фильтр 14, последовательно соединенные третий смеситель 15 и первый усилитель низкой частоты 16, четвертый смеситель 17 и второй усилитель низкой частоты 18, причем первый выход первого смесителя 11 параллельно подключен к выходу первого задающего генератора 13, а первый вход второго смесителя 13 параллельно подключен к выходу второго задающего генератора 4, первый выход двухканального преселектора 10 подключен к первому входу третьего смесителя 15, а второй выход преселектора 10 подключен к первому входу четвертого смесителя 17, выход первого полосового фильтра 12 подключен к второму входу третьего смесителя 15, а выход второго полосового фильтра 14 подключен ко второму входу четвертого смесителя 17, перестраиваемый генератор дополнительного частотного сдвига 19, первый вход которого параллельно подключен ко вторым входам первого 11 и второго смесителей 13, фазометр 20, к первому входу которого подключен выход первого усилителя низкой частоты 16, а ко второму входу - выход второго усилителя низкой частоты 18, компьютер 21, причем выход фазометра 20 подключен к первому порту компьютера, а второй выход перестраиваемого генератора дополнительного частотного сдвига 19 подключен ко второму порту компьютера. Двухканальный преселектор состоит из первого 22 и второго 23 избирательных усилителей высокой частоты, входы которых объединены в один вход преселектора, причем выход первого усилителя 22 является первым выходом, а выход второго усилителя 23 является вторым выходом преселектора.

Активный двухчастотный ретранслятор (фиг.3) содержит вторую ненаправленную антенну 24, второй циркулятор 25, причем вход-выход второй ненаправленной антенны 24 подключен к первому плечу второго циркулятора 25, малошумящий усилитель высокой частоты 26, вход которого подключен ко второму плечу второго циркулятора 25, последовательно соединенные третий полосовой фильтр 27, пятый смеситель 28, четвертый полосовой фильтр 29, последовательно соединенные пятый полосовой фильтр 30, шестой смеситель 31 и шестой полосовой фильтр 32, причем входы третьего 27 и пятого 30 полосовых фильтров параллельно подключены к выходу малошумящего усилителя 26, генератор дополнительного частотного сдвига 33, выход которого подключен ко вторым входам пятого 28 и шестого 31 смесителей, второй высокочастотный сумматор 34, к первому входу которого подключен выход четвертого полосового фильтра 29, а ко второму входу - выход шестого полосового фильтра 32, широкополосный усилитель мощности 35, вход которого подключен к выходу второго высокочастотного сумматора, а выход - к третьему плечу второго циркулятора 25.

Принцип реализации способа дистанционного определения местоположения находящихся под обширными завалами людей основан на фазовом методе измерения расстояния до линий положения в дальномерном (латерационном) способе определения координат точки на плоскости, а идентификация субъектов-носителей (терпящих бедствие) - по индивидуальному частотному сдвигу переизлученного сигнала, отождествляемому с конкретным субъектом. Сущность предлагаемого способа поясняется фиг.1. При организации поиска человека, попавшего под обширный завал и оснащенного активным двухчастотным ретранслятором, непосредственно в районе завала на позиции А размещают сканирующий блок 1. Сканирующий блок ненаправленно излучает двухчастотный зондирующий сигнал, гармоники которого располагаются на частотах f1 и f2. Сигнал распространяется через завал и принимается ненаправленной антенной активного двухчастотного ретранслятора 2. Активный двухчастотный ретранслятор переизлучает двухчастотный сигнал с дополнительным частотным сдвигом fc гармоник, так что они располагаются на частотах f1+f_c и f2+f_c. Величина и направление дополнительного частотного сдвига строго индивидуальна для каждого ретранслятора и отождествляется с субъектом - носителем ретранслятора. Интервал частотного разноса между гармониками нескольких ретрансляторов не оказывает взаимного мешающего влияния в частотной области при их одновременной работе. Сканирующий блок настраивается на прием переизлученного двухчастотного сигнала и измеряет первое расстояние Д1 до первой линии положения (окружности) - равной дальности между позицией А и активным двухчастотным ретранслятором. Далее, сканирующий блок перемещается на вторую позицию Б, находящуюся от первой позиции А на расстоянии не менее половины Д1, и измеряется вторая дальность Д2 до второй линии положения между позицией Б и активным двухчастотным ретранслятором. Определяется на координатной плоскости (карте местности) точка пересечения двух линий положения и координата местоположения, а по величине дополнительного частотного сдвига - принадлежность активного двухчастотного ретранслятора конкретному человеку.

Устройство работает следующим образом. Задающие генераторы 3 и 4 сканирующего блока формируют высокочастотные немодулированные гармонические колебания, спектры которых показаны на фиг.4, а.

U₁(t)=U_m1cos(2πf₁t+φ₁), 0≤t≤T_c,

U₂(t)=U_m2cos(2πf₂t+φ₂) 0≤t≤T_c,

где U_m, f, φ, Т_c - амплитуда частоты, начальная фаза и длительность высокочастотного сигнала.

Частотный разнос между гармониками Δf=f₁-f₂ должен удовлетворять требованиям однозначного и точного измерения дальности фазовым методом. Для решения задач поиска и обнаружения терпящих бедствие под завалами людей однозначная дальность должна быть не менее 250-300 м, а погрешность измерения дальности не хуже и 1-2 м при погрешности фазометра не хуже δφ=1-2° (или 0.0174-0034 рад.). Для удовлетворения этим требованиям частотный Δf_p разнос между гармониками двухчастотного сигнала должен быть не более 500-600 кГц. В этом случае однозначная дальность измерения дальности фазовым методом будет равна

.

При этом погрешность фазового метода дальнометрии составит [2]

Значения несущих частот f1 и f2 должны выбираться с учетом необходимости, с одной стороны, достижения максимальной глубины проникновения радиоволн через завалы различной радиопрозрачности, дисперсии и мощности [6], а с другой стороны - использования малогабаритных антенн и небольшой мощности активного двухчастотного ретранслятора. Следует отметить, что в большинстве случаев завал представляет собой не сплошную монолитную породу, а осколки и куски породы, скальных образований, камней, строительного мусора и т.д. различной фракции, через которые электромагнитные волны распространяются с некоторым затуханием. С учетом изложенного диапазон частот излучаемых гармонических колебаний должен лежать в пределах 100-170 МГц. Понижение частоты приводит к увеличению габаритов антенн ретрансляторов и сканирующих блоков, а увеличение - к сильному затуханию электромагнитной волны в завалах. Сформированные задающими генераторами 4 и 3 гармонические колебания 12 усиливаются в усилителях мощности 5 и 6 с одинаковым коэффициентом усиления и через первый циркулятор 7 поступают на первую ненаправленную антенну и излучаются в эфир. Распространяясь через среду завала, радиоколебания поступают на вторую ненаправленную антенну 24 активного двухчастотного ретранслятора. Принятые второй ненаправленной антенной радиоволны преобразуются в электромагнитные колебания высокой частоты и поступают в первое плечо второго циркулятора 25, далее через второе плечо второго циркулятора электромагнитные колебания поступают на вход маломощного усилителя 26. С выхода усилителя 26 электромагнитные колебания поступают на вход третьего 27 и пятого 30 полосового фильтров, в которых осуществляется частотная селекция сигналов соответственно по частоте f1 и f2, при этом на выходе третьего полосового фильтра 27 селектируются электромагнитные колебания частоты f1

U_n1(t)=U_mn1cos(2πf₁+φ₁),

а на выходе пятого полосового фильтра 30 селектируются колебания частоты f2

U_n2(t)=U_mn2cos(2πf₂+φ₂).

С выхода третьего полосового фильтра 27 электромагнитный сигнал поступает на первый вход пятого смесителя 28, с выхода пятого полосового фильтра 30 электромагнитный сигнал поступает на вход шестого смесителя 31. Причем на вторые входы смесителей поступают электромагнитные колебания с генератора дополнительного частотного сдвига 33

U_c(t)=U_mccos(2πf_c+φ_c),

где U_mc, φ_c, f_c - амплитуда, начальная фаза и частота дополнительного частотного сдвига 31.

В смесителях 28 и 31 осуществляется перемножение напряжений, подаваемых на первые и вторые входы по формулам, в пятом смесителе

,

а во втором смесителе

.

Результаты перемножения поступают на входы четвертого 29 и шестого 32 полосовых фильтров, амплитудно-частотные характеристики которых соответственно K_пф1 (f) К_пф2 (f) приведены на фиг.4, б. Дополнительный частотный сдвиг f_c позволит, во-первых, обеспечить развязку запросного и ответного каналов устройства, а во-вторых - идентификацию ретрансляторов относительно других, возможно находящихся рядом с отвечающим. Для решения этой задачи величина дискретности дополнительного частотного сдвига может составлять 2-5 кГц, что достаточно для развязки запросно-ответных каналов и идентификации ретрансляторов. Количество ретрансляторов, которые можно отыскивать под завалом, зависит от дискретности дополнительного сдвига активных двухчастотных ретрансляторов f_c и величины частотного разноса между гармониками зондирующего двухчастотного сигнала Δf_p. Так, если разнос между несущими f1 и f2 составляет 500-600 кГц, то при дискретности дополнительного частотного сдвига f_c 2-5 кГц при последовательной настройке сканирующего блока можно осуществлять поиск и определение местоположения

ретрансляторов, погребенных под завалами людей. При этом АЧХ четвертого (фиг.4, б) и шестого полосовых фильтров будут смещены на величину дополнительного частотного смещения f_c. Суммарные составляющие результатов перемножения колебаний в смесителях 28 и 31 (фиг.4, в) будут выделяться на выходе четвертого полосового фильтра 29

U_пф1(t)=U_mф1{cos[2π(f₁+f_c)t+(φ₁+φ_c)]},

а на выходе шестого полосового фильтра 32

U_пф2(t)=U_mф2{cos[2π(f₂+f_c)t+(φ₂+φ_c)]},

где U_mп1,2 - амплитуды сигналов на выходах второго и четвертого полосовых фильтров. С выхода четвертого полосового фильтра сигнал поступает на первый вход второго высокочастотного сумматора 34, а с выхода шестого полосового фильтра 32 - на второй вход второго высокочастотного сумматора 34. С выхода второго высокочастотного сумматора 34 двухчастотный сигнал, гармоники которого располагаются на частотах f1+f_c и f2+f_c, поступает на вход широкополосного усилителя мощности 35. Усилившись в широкополосном усилителе мощности, двухчастотный сигнал поступает в третье плечо второго циркулятора 23 и через циркулятор - на вход-выход второй ненаправленной антенны 24. С выхода антенны 24 радиоколебания ненаправленно излучаются в эфир, распространяются через завал, ослабляются и принимаются ненаправленной антенной 9 сканирующего блока с задержкой τ_з.

U_n1(t)=U_mn1cos[2π(f₁+f_c)(t-τ₃)+(φ_c+φ₁)]

U_n2(t)=U_mn2cos[2π(f₂+f_c)(t-τ₃)+(φ_c+φ₂)]

С выхода антенны электромагнитные колебания через второе и третье плечи первого циркулятора 8 поступают на вход двухканального преселектора 10.

Двухканальный преселектор состоит из параллельно включенных к третьему плечу циркулятора 8 избирательных усилителя высокой частоты 22 и усилителя высокой частоты 23. АЧХ K₁(f) усилителя 22 и K₂(f) усилителя 23 представлены на фиг.4, г и имеют ширину полосы пропускания Δf_p, сдвинутую относительно несущих частот f1 и f2 на величину зоны режекции Δf_peж. Зона режекции позволяет исключить влияние просачивающегося двухчастотного зондирующего сигнала частоты f1 и f2 на высокочувствительные цепи преселектора 10. Полосы пропускания усилителей 22 и 23 позволят селектировать частоты всех ретрансляторов, находящихся в зоне завала.

С выхода первого усилителя высокой частоты 22 на первый вход третьего смесителя 15 поступает

U_у1(t)=U_my1cos[2π(f₁+f_c)(t-τ_З)+(φ_с+φ₁)],

а с выхода второго усилителя высокой частоты 23 на первый вход четвертого смесителя 17 сигнал

U_y2(t)=U_my2cos[2π(f₂+f_c)(t-τ_З)+(φ_с+φ₂)].

На первые входы первого 11 и второго 13 смесителей поступают гармонические колебания с выходов соответственно первого 3 и второго 4 задающих генераторов. На вторые входы первого 11 и второго 13 смесителей поступает гармоническое колебание с первого выхода перестраиваемого генератора дополнительного частотного сдвига 19

U_пг(t)=U_mncos(2πf_c+φ_c),

где U_mn φ_c, f_c - амплитуда, начальная фаза и частота дополнительного частотного сдвига. Частоты дополнительного сдвига генераторов 31 и 19 должны быть равны между собой. В результате перемножения сигналов в первом 11 и втором 13 смесителях образуются напряжения:

в первом смесителе 11

а во втором смесителе 13

Полосовые фильтры 12 и 14 селектируют суммарную составляющую результата перемножения в смесителях 11 и 13 соответственно, поэтому на выходе первого полосового фильтра 12 выделяется гармоническое колебание

U_ф1(t)=U_mф1cos[2π(f₁+f_c)t+(φ_c+φ₁)],

а на выходе второго 14 полосового фильтра выделяется колебание

U_ф2(t)=U_mф2cos[2π(f₂+f_c)t+(φ_c+φ₂)].

Сигналы с выхода первого 12 и второго 14 полосовых фильтров поступают на вторые входы соответственно третьего 15 и четвертого 17 смесителей. В смесителях 15 и 17 происходит перемножение сигналов, поступающих на их первый и второй входы, в результате на выходе третьего смесителя 15 и формируются колебания

а на выходе четвертого смесителя 17 колебания

С выходов смесителей 15 и 17 сигналы проступают на вход первого 16 и второго 18 усилителей низкой частоты, где происходит выделение низкочастотной составляющей результата перемножении сигналов.

С выходов усилителей низкой частоты один 16 и два 18 сигналы поступают соответственно на первый и второй входы фазометра 20. Фазометр измеряет разность фаз между напряжениями, поступающими с выхода первого и второго усилителей низкой частоты, и формирует напряжение пропорционально величине сдвига фаз

так как - время задержки сигнала, распространяющегося от активного ретранслятора до сканирующего блока, то

,

откуда

,

где Д - расстояние до линии положения (радиус окружности), на которой находится активный двухчастотный ретранслятор. Величина напряжения, пропорционального величине сдвига фаз, с фазометра поступает на первый порт компьютера, а на второй порт компьютера поступает напряжение со второго выхода перестраиваемого генератора дополнительного частотного сдвига 19. Величина и знак напряжения генератора 19 пропорциональны величине и направлению частотного сдвига f_c, формируемого генератором.

В компьютере расчетным путем по величине сдвига фаз Δφ определяется расстояние до активного двухчастотного ретранслятора, а по величине дополнительного частотного сдвига f_c - идентификация человека-носителя, терпящего бедствие под завалом.

Определив расстояние Д1 до первой линии положения относительно первой позиции (фиг.1), сканирующий блок перемещается на новую позицию, где также происходит измерение второй дальности Д2 до второй линии положения. В точке пересечения первой и второй линий положения располагается искомая координата местоположения активного двухчастотного ретранслятора, а следовательно, и терпящего бедствие человека.

Для поиска второго, третьего и т.д. людей, терпящих бедствие, необходимо осуществить перестройку сканирующего блока, с помощью его генератора дополнительного частотного сдвига на частотный сдвиг искомого ретранслятора. Затем повторить операции определения местоположения, проведенные при поиске первого ретранслятора.

К основным характеристикам устройства дистанционного определения местоположения погребенных под обширным завалом людей относятся:

1) мощность излучения сканирующим блоком двухчастотного сигнала - 10 Вт;

2) мощность излучения активным двухчастотным ретранслятором - 5 Вт;

3) частотный разнос между гармониками двухчастотного сигнала - 500-600 кГц;

4) частотный диапазон двухчастотного сигнала 100-200 МГц;

5) индивидуальный частотный сдвиг активного двухчастотного ретранслятора - 2-5 кГц;

6) количество активных двухчастотных ретрансляторов, по которым можно работать одним сканирующим блоком, - 100-300 шт;

7) дальность однозначного измерения дальности ΔД_мах - 250-300 м;

8) точность измерения дальности δД=(0,001-0,002) ΔД_мах;

9) глубина завала 10-15 м.

Этим требованиям отвечают предлагаемое устройство и способ.

Достоинствами способа и устройства являются отсутствие мертвых зон, то есть возможность определения местоположения людей, относящихся к группе риска, на дальностях от нуля и максимальной. Кроме того, малозатратные элементы ретранслятора начинают излучение только при условии приема зондирующего сигнала на время поиска, что существенно повышает временной ресурс работы автономного источника энергопитания ретранслятора. Кроме того, индивидуальная частота сдвига каждого ретранслятора позволяет производить одновременный поиск людей, попавших под один завал.

Изобретение предназначено для проведения поисково-спасательных работ. Способ основан на дальномерном способе определения местоположения точки на плоскости из нескольких разнесенных позиций. Достигаемым техническим результатом является сокращение времени поиска находящихся под завалами людей. Сущность изобретения заключается в том, что на людях, относящихся к группе риска, размещают приемопередатчики, переизлучающие сигналы с присущим только данному ретранслятору частотным сдвигом, величина которого отождествляется с его носителем, по которому можно персонифицировать человека. В комплект устройства, реализующего способ, входит сканирующий блок, обеспечивающий однозначное измерение дальности фазовым методом. Сигнал, излучаемый сканирующим блоком, распространяясь через завал, принимается ретрансляторами и переизлучается с собственными частотными сдвигами. Сканирующий блок настраивается на прием переизлученных сигналов одного из ретрансляторов. После приема сигнала по величине сдвига фаз между излученным и принятым сигналами осуществляют измерение первой дальности фазовым методом. Перемещают сканирующий блок на вторую позицию и измеряют вторую дальность. Определяют на плоскости точку пересечения первой и второй линий положения, в которой находится ретранслятор. По величине дополнительного частотного сдвига ретранслятора отождествляют личность находящегося под завалом человека. 4 ил.

1. Способ дистанционного определения местоположения погребенных под обширными завалами людей, заключающийся в предварительном размещении на людях, относящихся к группе риска, приемопередающего блока, облучении поверхности участка, под которым может быть засыпан человек, направленным электромагнитным сигналом, формируемым сканирующим блоком, обнаружении местоположения и определении принадлежности засыпанного человека, отличающийся тем, что в качестве приемопередающего блока используют активный двухчастотный ретранслятор, а сканирующий блок излучает немодулированный двухчастотный сигнал, принимаемый активными двухчастотными ретрансляторами и переизлучаемый ими с собственными неповторимыми дополнительными частотными сдвигами, значения которых отождествляются с субъктами-носителями активных двухчастотных ретрансляторов, сканирующий блок настраивают на прием переизлученных сигналов по величине дополнительного частотного сдвига одного из активных двухчастотных ретрансляторов, сканирующим блоком измеряют сдвиг фаз между излученным и принятым двухчастотными сигналами, определяют по величине сдвига фаз, на основе фазового метода дальнометрии, дальность до первой линии положения, равной дальности между сканирующим блоком и активным двухчастотным ретранслятором, перемещают сканирующий блок на новую позицию и измеряют вторую дальность до второй линии положения, равной дальности между активным двухчастотным ретранслятором и сканирующим блоком на второй позиции, определяют точку пересечения линий положения и определяют местоположение активного двухчастотного ретранслятора на плоскости, а по величине дополнительного частотного сдвига определяют принадлежность активного двухчастотного ретранслятора конкретному носителю и отождествляется его личность для поиска местоположения других людей.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сканирующий блок последовательно настраивают на частоту пререизлученных сигналов другими ретрансляторами.

3. Устройство для обнаружения местоположения находящихся под обширными завалами людей, содержащее приемопередающий блок, предварительно размещенный на людях, относящихся к группе риска, и сканирующий блок, содержащий последовательно соединенные первый задающий генератор, первый усилитель мощности, а также первый циркулятор и компьютер, отличающееся тем, что в качестве приемопередающего блока введен активный двухчастотный ретранслятор, а в сканирующий блок введены последовательно соединенные второй задающий генератор и второй усилитель мощности, первый высокочастотный сумматор, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя мощности, а второй вход первого высокочастотного сумматора подключен к выходу второго усилителя мощности, выход первого высокочастотного сумматора подключен к первому плечу первого циркулятора, первая ненаправленная антенна, вход-выход которой подключен ко второму плечу первого циркулятора, двухканальный преселектор, вход которого подключен к третьему плечу первого циркулятора, четыре смесителя, причем первый вход первого смесителя подключен к выходу первого задающего генератора, первый вход второго смесителя подключен к выходу второго задающего генератора, первый вход третьего смесителя подключен к первому выходу двухканального преселектора, а первый вход четвертого смесителя подключен ко второму выходу двухканального преселектора, первый перестраиваемый генератор дополнительного частотного сдвига, первый выход которого подключен ко вторым входам первого и второго смесителей, а второй выход - к первому входу компьютера, первый и второй полосовые фильтры, входы которых подключены к выходам соответственно первого и второго смесителей, выход первого полосового фильтра подключен ко второму входу третьего смесителя, выход второго полосового фильтра подключен ко второму входу четвертого смесителя, первый и второй усилители низкой частоты, причем вход первого усилителя низкой частоты подключен к выходу третьего смесителя, а вход второго усилителя низкой частоты подключен к выходу четвертого смесителя, фазометр, первый вход которого подключен к выходу первого усилителя низкой частоты, а второй вход фазометра подключен к выходу второго усилителя низкой частоты, выход фазометра подключен ко второму входу компьютера, причем двухканальный преселектор состоит из первого и второго избирательных усилителей высокой частоты, входы которых соединены и являются входом двухканального преселектора, выход первого усилителя высокой частоты является первым выходом преселектора, а выход второго усилителя высокой частоты является вторым выходом преселектора, при этом компьютер предназначен для определения расстояния до активного двухчастотного ретранслятора по величине сдвига фаз и идентификации человека-носителя активного двухчастотного ретранслятора по величине дополнительного частотного сдвига.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что активный двухчастотный ретранслятор содержит вторую ненаправленную антенну, второй циркулятор, малошумящий усилитель высокой частоты, третий, четвертый, пятый и шестой полосовые фильтры, пятый и шестой смесители, генератор дополнительного частотного сдвига, широкополосный усилитель мощности, второй высокочастотный сумматор, причем вход-выход второй ненаправленной антенны подключен к первому плечу второго циркулятора, второе плечо второго циркулятора подключено к входу малошумящего усилителя высокой частоты, выход которого подключен к входам третьего и пятого полосовых фильтров, выход третьего полосового фильтра подключен к первому входу пятого смесителя, выход пятого смесителя подключен к входу четвертого полосового фильтра, выход пятого полосового фильтра подключен к первому входу шестого смесителя, выход которого подключен к входу шестого полосового фильтра, выход генератора дополнительного частотного сдвига подключен к вторым входам пятого и шестого смесителей, выходы четвертого и шестого полосовых фильтров подключены соответственно к первому и второму входам второго высокочастотного сумматора, выход второго высокочастотного сумматора подключен к входу широкополосного усилителя мощности, выход широкополосного усилителя мощности подключен к третьему плечу второго циркулятора.